創設思維中間站點 提高物理思維效率

葉愛慧|浙江省三門縣教師發展中心

《義務教育課程方案（2022 年版）》要求：“注重‘做中學’，引導學生參與學科探究活動，經歷發現問題、解決問題、建構知識、運用知識的過程，體會學科思想方法。加強知識學習與學生經驗、現實生活、社會實踐之間的聯系，注重真實情境的創設，增強學生認識真實世界、解決真實問題的能力。”物理概念和物理規律的建立和形成需要真實的生活體驗、嚴密的邏輯思維、恰當的實踐運用，而初中生思維跨度較小，抽象思維能力不強，社會實踐參與不足，于是就形成了思維過程不夠流暢、真實情境難以破解、實踐問題不易解決的狀況。若能充分利用現有教育資源，展示思維推演過程，巧設思維中間站點，剖析問題解決途徑，優化學生思維結構，就能改變學生的物理學習方式，提高學生的物理思維效率，進而提升學生的物理核心素養。

一、創設思維中間站點的必要性

思維是人腦對客觀事物的本質和事物之間規律性關系的反映。作為一種心理現象，思維是認識活動的核心。科學思維是物理學科核心素養的核心，它是從物理學視角對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式，是建構物理模型的抽象概括過程，是分析綜合、推理論證等方法在科學領域的具體運用。

初中生的神經細胞處在稚嫩的生長發育階段，樹突和樹突棘沒有完善，細胞體的營養物質貯存和代謝能力也沒有達到最高水平，這就決定了初中生的思維能力較弱、思維跨度較小。同時，初中生思維的穩定性和持久性未得到充分發展，正處于由形象思維向抽象思維過渡的階段，抽象思維能力相對較弱且需要感性經驗的直接支持，雖然獨立性和批判性等思維品質有了很大發展，但是很容易產生片面性和表面性。而物理概念、物理定律和物理原理是用抽象或高度概括的語言來表達的，這就要求教師在教學中采取小步子、搭臺階的辦法，即建立思維中間站點，縮短思維跨度，及時幫助學生排憂解難，并緊扣思維推演過程，抓住關鍵突破難點，進而幫助學生優化思維品質，增強思維能力，提高思維效率。所謂思維中間站點，即在問題與目標之間能夠發揮提醒、促進理解作用并有助于解決問題的情境體驗、知識演變、方法模型及實際運用等思維臺階。

二、創設思維中間站點的路徑和策略

創設思維中間站點是為了彌補初中生在思維跨度和思維方式上的欠缺或不足，為其提供形象思維的素材、思維方法的臺階、遷移路徑的導引和實踐應用的載體，最終推進實際問題的解決。

（一）彌補生活經歷不足，創設活動情境

初中生的抽象思維在很大程度上仍是屬于經驗型的，在物理學習過程中，很多時候需要借助思維中間站點，如感性材料、開展活動體驗等，降低實際問題的抽象程度，縮短思維跨度。由于時代變遷，傳統的勞作方式已經離現在的學生相當遙遠，許多生活和生產活動情景也已經很難直接觀察到，但它們對物理概念的建立有著不可替代的價值。因此，在對相關物理概念進行教學時，創設具體的活動情境，有利于學生搭建思維的中間站點，縮短思維跨度，促進實際問題解決。

情境體驗，通常指教師有目的地引入或創設具有一定情緒色彩的、以形象為主體的生動具體的活動場景，引導學生參與活動體驗的過程，從而幫助學生增加形象素材、建立思維站點、縮短思維跨度，其核心在于激活學生思維，有效理解教材，促進實際問題解決。

【案例1】在教學浙教版義務教育教科書《科學》（以下簡稱“浙教版《科學》”）九年級上冊第3 章第4 節《簡單機械》中“杠桿概念的建立”時，若直接按照教材上的圖示情景，讓學生歸納兩種機械的共同要素，進而建立杠桿的概念，學生會遇到“用硬棒撬動石頭”情境不熟、思維跨度大、共性不易概括的困難。因為學生雖然對蹺蹺板的活動有過具體的體驗，但幾乎沒有觀察過用硬棒撬動石頭的情景，更難以形成體驗。對此，教師可增加讓學生直接觀察和有效體驗的思維中間站點——“切紙鍘刀”和“用硬棒撬動石頭”活動，即將準備好的木棒、石塊、木塊及切紙鍘刀帶到教室，讓學生上講臺利用實實在在的物品開展“木棒撬石頭”和“鍘刀切紙”操作體驗活動。學生結合以前玩蹺蹺板的記憶，分三個層次開展活動，最后歸納出三種機械的共性（杠桿的五個要素）：第一步，找出機械使用中固定不動、起到支撐作用的點（支點）；第二步，感受活動中主動施加的力（動力）及起阻礙作用的力（阻力）；第三步，在木棒或鍘刀柄的不同位置施加力，從而撬動石頭或完成切紙時，所用力的大小并不相同，由此體會力的作用效果（動力臂和阻力臂），進而建立起杠桿的概念。

（二）透視實驗表面現象，建構思維模型

物理學是自然科學領域研究物質的基本結構、相互作用和運動規律的一門基礎學科。日常生活中的許多現象和具體事例都是探究物理規律的極好素材，透過其表面現象，基于觀察和實驗過程，分析實際問題中研究對象的條件、物理過程的特征，提取出具有普遍意義的特征，并采用理想化方法加以概括提升，可促進物理概念的形成和物理規律的建立。教師要跨越具體實驗事例，獲取共同要素，創設利于概括提升的思維中間站點，建構具有普遍意義的思維模型，用來指導具體的實際問題分析和解決，引導學生提升邏輯思維能力。

【案例2】在教學浙教版《科學》八年級上冊第2 章第3 節《大氣的壓強》時，怎樣才能讓生活在大氣“海洋”中的我們感受到大氣壓強的作用？教材先通過覆杯實驗、牛奶盒的變化和瓶中取袋的實驗，引導學生體驗大氣壓強的作用，理解大氣壓強就在我們的周圍，然后要求學生列舉日常生活中能證明“大氣壓強存在”的實例。從“分析實例”到“列舉實例”，這個思維跨度對八年級上學期的學生來說有點大，教師需要引導學生剖析形態器材各異、變化情況有別的三個實驗，透過表面實驗現象提取共同的元素，搭建一個思維中間站點，即“大氣壓強存在”的物理模型，運用該物理模型來列舉日常生活中能證明“大氣壓強存在”的實例就容易實現。

覆杯實驗：當一個盛滿水的玻璃杯杯口覆蓋一張硬紙片時，由于硬紙片緊貼杯口起到密封作用，于是形成了一個由玻璃杯和硬紙片構成的密閉裝置。當用手托住紙片將杯子倒轉時，密閉裝置內水對硬紙片的壓強小于裝置外大氣的壓強，裝置內外就產生了壓強差。

牛奶盒的變化實驗：吸管插入牛奶盒內，當人用力吸牛奶時，嘴就起到封閉吸管的作用，嘴、吸管和牛奶盒構成了一個密閉裝置。吸奶時，牛奶盒內壓強小于盒外的大氣壓強，裝置內外就產生了壓強差。

瓶中取袋實驗：當一只薄膜塑料袋貼近廣口瓶瓶壁，用橡皮筋緊緊扎在瓶口上，此時薄膜塑料袋就起到了密封作用，于是用橡皮筋緊扎的薄膜塑料袋就和廣口瓶共同構成了一個密閉裝置。將塑料袋從瓶內拉出來時，廣口瓶內因體積變大使得其壓強小于廣口瓶外的大氣壓強，裝置內外就產生了壓強差。

這三個實驗都有共同的特點，教師可引導學生透過實驗現象去分析實驗過程：首先，要形成一個“密閉容器”；其次，隨后的操作要促使該“密閉裝置”內外的壓強不相等。這就是能證明“大氣壓強存在”的物理模型，凡是能滿足上述兩個條件的裝置都能證明大氣壓強的存在。

所謂物理模型，就是人們為了研究物理問題的方便、探討物理事物的本身，而對研究對象所作的一種簡化描述，是以觀察和實驗為基礎，能再現事物本質和內在特性的一種簡化模型。物理模型既是物理學賴以建立的基本思想方法，也是物理學在應用中解決實際問題的重要途徑和方法。這種方法的思維過程要求學生在分析實際問題中研究對象的條件、物理過程的特征，建立與之相適應的物理模型，通過模型思維進行推理，分析解決實際問題，進而提高科學素養。

（三）基于生活常識和經驗，建立儀器使用通則

“沒有規矩，不成方圓”，這是人們在生活中總結出來的至理名言，它告訴我們一個重要的道理：做任何事都要有規則、懂規則、守規則。千百年來人們積累了無數的生活常識和經驗，在使用物品時形成了“安全可靠、操作方便、結果有效”等基本規范。《義務教育物理課程標準（2022年版）》明確提出物理教學要“從生活走向物理，從物理走向社會”。物理測量儀器的使用規則往往源于生活常識和經驗，依據上述基本規范，可以建立物理測量儀器的使用通則“不損壞儀器自身、方便操作者使用、確保測量的準確性”。通過該思維中間站點建立使用通則，然后將該通則運用于對其他物理測量儀器使用方法的學習，可促進物理各類實驗中使用測量儀器方法的關聯和遷移，促進思維品質的提升。

【案例3】在教學浙教版《科學》七年級上冊第4 章第2 節《質量的測量》時，需要建立托盤天平的使用規范并能進行操作。托盤天平是實驗室常用的一種稱量用具，也是初中生第一次使用結構較為復雜、進行定量測量的儀器，熟練掌握其使用方法有一定的挑戰性。若將教材上的“托盤天平的使用方法”一一解說，按照“調平—稱量—稱量完畢”等步驟展開，學生只能知其然而不知其所以然。碎片化的使用方法不僅難以記憶，且隨著物理測量儀器的增多，還容易造成使用方法的混亂。而根據物理測量儀器的使用通則“不損壞儀器自身、方便操作者使用、確保測量的準確性”剖析儀器使用方法和注意事項的產生過程，學生不僅能熟練使用托盤天平，還能提升分析和解決實際問題的思維能力。

從“不損壞儀器自身”角度剖析：天平要放在水平面上，以確保自身不會滑落而損壞；用天平測量物體的質量時不能超過天平的稱量范圍，以免因超重而損壞天平；不把潮濕物體和化學藥品直接放在天平托盤里，使用鑷子取用砝碼和移動游碼，是為了避免因托盤銹蝕或腐蝕而損壞砝碼；取放砝碼時要輕拿輕放，以免損壞托盤。

從“方便操作者使用”角度剖析：被測物體放在左盤，砝碼放在右盤，是方便右手添減砝碼；估測物體質量后，先加質量大后加質量小的砝碼，是為了操作次數少且有效。

從“確保測量的準確性”角度剖析：測量前和測量后，都要調節橫梁兩端的平衡螺母，使指針對準分度盤中央的刻度線，使測量值準確有效；測量前把游碼移到衡量標尺左端的“0”刻度線處，是為了測量時發揮游碼值更小的作用，使測量有效；被測物體的質量=右盤砝碼質量+游碼的讀數，這是測量值的有效性要求。

從事物產生發展的過程去幫助學生學習物理，不僅能建立思維的正確路徑，而且能提高分析和解決實際問題的能力，使學生將學到的知識和原理運用于陌生情境問題的解決之中。

（四）破解學用聯系不暢，挖掘生活中的實物載體

物理和生活息息相關，細心觀察身邊的物理現象，運用所學的物理知識、概念和規律，去分析和解釋這些現象，有助于提高觀察、分析及解決問題的能力。物理源于生活也應回歸生活，讓學生在聯想身邊熟悉的生活中加深對物理規律的理解，可以激發學生的學習興趣，使學生體會到物理就在身邊，體驗到物理的魅力。挖掘生活中的簡易物品作為建構思維中間站點的載體，有助于學生解決實際問題。

【案例4】在教學浙教版《科學》七年級下冊第3章第7節《壓強》時，由于概念抽象，需要運用固體壓強公式來幫助學生加深對該概念的理解，彌補學生缺少實際經驗的問題。此時可以建立利用實物來解決實際問題的思維中間站點，促進科學思維能力的提高。

在學習了壓強的概念后，得出了“壓強=壓力/受力面積”的壓強定義式，學生往往重視利用該數學表達式進行固體壓強的計算，容易忽視運用該表達式來進行定性和定量結合的具體問題分析。教師可因勢利導，充分發揮實物在物理學習中的作用，如帶上一塊長、寬、高均不相同的長方體木塊，讓學生上臺試一試：該木塊擺放在水平桌面上會得到幾種大小不同的壓強數值？

面對這種應用性問題時，學生極易受到實物帶來的“興奮度”影響，他們很快就能找到三個不同的面平放在水平桌面上所產生的壓強值不同，即接觸面越大，壓強值越小。此時，學生的思維很難擺脫“受力面積”中“面”的限制。那么，如何才能幫助學生走出當前的困境？教師可以利用實物“長、寬、高均不相同的長方體木塊”來突破“面”的限制，引導學生改變實物“木塊”的擺放方式，尋找比平面更小的“受力面積（線）”、比線更小的“受力面積（點）”的思維路徑，然后結合壓強公式，形成“點—線—面—體”的思維發展方向，讓學生借助實物實現由具體形象思維到抽象邏輯思維（壓強）的進階。

總之，物理教學中思維中間站點的創設，關鍵在于“合適”。首先，應關注學生的思維能力和認知現狀，即思維中間站點的創設應以學生最近發展區的上限略高為標準。其次，應把握學習內容的思維價值，從發展學生科學思維的視角，創設不同跨度、不同路徑的思維中間站點。再次，需要考慮“因材”創設，針對不同的學生、不同的問題，瞄準學生的發展狀態，去創設適合所教學生的思維中間站點。